Testes com Farnesano e a tecnologia de EGR

A Figura 44 apresenta as curvas de pressão no cilindro, 𝐻𝑅𝑅 e temperatura média no cilindro, em função do ângulo do virabrequim, para o Diesel, F20, F50 e Farnesano. Como descrito na metodologia, esta etapa dos resultados representa os testes com a aplicação da tecnologia de EGR externa resfriada (15% de EGR) para a condição de 1800 rpm e carga de 5,0 bar 𝐼𝑀𝐸𝑃. Adicionalmente, na Tabela 8 e na Figura 45 são apresentados os resultados detalhados de desempenho e combustão obtidos pela metodologia de análise de dados, e um diagrama com a evolução das etapas e fases da combustão em relação ao PMS de compressão e ao ângulo do virabrequim do motor, incluindo o SOI, ID, SOC, as durações das fases pré-misturada (PCD) e difusiva (DCD), MBF50% e MBF 90%, respectivamente. De forma similar às análises desenvolvidas nas seções anteriores, uma apresentação quantitativa dos resultados (de forma gráfica) tanto da combustão e desempenho, como também das emissões de poluentes para as condições desta etapa de teste, pode ser observada na Figura 46.

109 Figura 44 – Curvas de pressão no cilindro, 𝐻𝑅𝑅 e temperatura média no cilindro do Diesel, F20, F50 e

Farnesano para a carga de 5,0 bar 𝐼𝑀𝐸𝑃 com e sem EGR Fonte: Próprio autor

110 A análise da combustão para todos os combustíveis estudados na 1ª etapa com a aplicação da EGR (15% de EGR), em comparação com as condições sem EGR, apresentou pressão máxima no cilindro (Pmax) ligeiramente inferior, localização da 𝐻𝑅𝑅_𝑚𝑎𝑥 (𝜃𝐻𝑅𝑅_𝑚𝑎𝑥) geralmente deslocada em direção ao PMS de compressão, e nenhuma diferença significativa foi notada no SOI ou no valor da 𝐻𝑅𝑅_𝑚𝑎𝑥. Entretanto, ocorreu atraso no SOC (0,32°, 0,24°, 0,16° e 0,23° para o Diesel, F20, F50 e Farnesano, respectivamente) e extensão do ID (0,36°, 0,27°, 0,23° e 0,25° para o Diesel, F20, F50 e Farnesano, respectivamente) com a aplicação da EGR externa resfriada. As causas estão relacionadas por efeitos térmicos e de diluição com consequentes reações químicas mais lentas (ASAD e ZHENG, 2014; CAN et al., 2016;

HEYWOOD, 2018).

Tabela 8 – Dados de desempenho e combustão do Diesel, F20, F50 e Farnesano para a carga de 5,0 bar 𝐼𝑀𝐸𝑃 com e sem EGR

111 Figura 45 – Diagrama para análise do SOI, SOC, durações e fases da combustão com e sem EGR para a carga

de 5,0 𝐼𝑀𝐸𝑃 para Diesel, F20, F50 e Farnesano Fonte: Próprio autor

Além disso, os gases queimados recirculados se comportaram como diluentes que absorvem calor, contribuindo para o resfriamento do pico de temperatura e da temperatura média dentro do cilindro, dificultando a formação de NOx. Como pode ser observado, a duração da combustão (CD) aumentou ligeiramente com a EGR devido à desaceleração das reações de combustão, precedido por um incremento considerável da fase pré-misturada (PCD), enquanto uma diminuição correspondente da fase difusiva (DCD) foi observada. Embora tenha ocorrido um aumento da massa de combustível queimado na fase pré-misturada com a aplicação da EGR, uma redução na taxa máxima de aumento da pressão (PRRmax) foi alcançada para todos os combustíveis. Essas características levaram a reduções das emissões indicadas específicas de NOx (𝐼𝑆𝑁𝑂_𝑥) de até 45,6%, 48,6%, 39,7% e 47,6% para o Diesel, F20, F50 e Farnesano, respectivamente. Este comportamento pode ser explicado também com base na diminuição da temperatura de pico da chama em regiões de mistura pobre da combustão difusiva, DCD mais curto, fração de massa de oxigênio reduzida e aumento da capacidade de calor específico da carga dentro do cilindro por meio da diluição do ar de entrada (com CO2 e H2O).

Avanço estático de injeção

SOI SOC EOP

ID PCD DCD

MBF 90%

MBF 50%

112 Figura 46 – Resultados de combustão, desempenho e emissões de poluentes do Diesel, F20, F50 e Farnesano

para a carga de 5,0 𝐼𝑀𝐸𝑃 com e sem EGR Fonte: Próprio autor

113 A EGR influenciou negativamente a emissão de material particulado (MP) conforme esperado, visto que a presença de diluentes na câmara de combustão aumentou a emissão de fumaça devido à falta de O2 durante o processo de combustão e/ou dificultou o processo de oxidação da fuligem. No entanto, as emissões específicas indicadas de material particulado (𝐼𝑆𝑀𝑃) para o Farnesano e as duas misturas (F20 e F50) ainda apresentaram valores inferiores ou equivalentes quando comparadas com a combustão com diesel convencional, implicando em um fator favorável na relação de compromisso entre NOx e MP. Os mesmos padrões de incremento para o HC e o CO foram observados com a aplicação da EGR. As causas estão relacionadas com o aumento da quantidade de combustível injetado resultando em combustão incompleta com razões de equivalência global mais altas, as possibilidades de regiões na câmara de combustão tanto com diluições excessivas e/ou com muita interação com as partes ricas do jato de combustível durante os mais longos períodos de ID e com as temperaturas mais baixas de oxidação. Entretanto, o Farnesano puro apresentou resultados interessantes, pois as emissões de 𝐼𝑆𝐻𝐶 e 𝐼𝑆𝐶𝑂 permaneceram iguais ou ligeiramente menores em comparação com a combustão do diesel convencional sem EGR. As emissões de 𝐼𝑆𝐶𝑂₂ também aumentaram com a aplicação da EGR para todos os combustíveis devido a pequenas penalidades no consumo de combustível para atingir a mesma carga da condição de teste.

Como esperado, a eficiência de conversão de combustível indicada (ɳ_𝑖𝑛𝑑) diminuiu para todos os combustíveis com a aplicação da tecnologia de EGR, sendo a menor redução alcançada pelo combustível F50 (1,03%) e a maior redução alcançada pelo combustível F20 (3,08%), principalmente devido aos efeitos de diluição causados pelos gases queimados recirculados. Em relação à eficiência de combustão (ɳ_𝑐), o aumento das emissões de HC, CO e MP também levaram à redução dos valores de ɳ_𝑐 em comparação com a combustão sem EGR. Porém, o Farnesano, com sua tendência desejável de apresentar fuligem reduzida e promover combustões mais completas (conforme apresentado nas seções anteriores), obteve maior ɳ_𝑐 do que o diesel convencional, evidenciando que o combustível parafínico renovável possui vantagens mais evidentes para uso da tecnologia de EGR.

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